EP2207748A1 - Composant electronique a connexions par billes decouplees mecaniquement - Google Patents

Composant electronique a connexions par billes decouplees mecaniquement

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EP2207748A1
EP2207748A1 EP08846382A EP08846382A EP2207748A1 EP 2207748 A1 EP2207748 A1 EP 2207748A1 EP 08846382 A EP08846382 A EP 08846382A EP 08846382 A EP08846382 A EP 08846382A EP 2207748 A1 EP2207748 A1 EP 2207748A1
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support
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Definitions

  • the invention relates to the field of electronic components comprising chips intended to be connected, or coupled, by "flip-chip” (that is to say, via beads, or microbeads), connection, on a support such as an electronic printed circuit.
  • chip here and throughout the rest of the document, is meant any electronic element using electrical connections, for example a MEMS (electromechanical microsystem), an NEMS (electromechanical nanosystem), an MOEMS (optoelectromechanical microsystem), an imager or another MOS circuit.
  • flip-chip The technique of transfer by beads, or microbeads, called “flip-chip", consists in transferring a chip to a support by means of several balls, or microbeads, disposed on a front face of the chip and / or the support, for example on the periphery of this face. These balls are based on a fusible material such as a gold alloy and tin.
  • the balls are heated to a temperature greater than or equal to the melting point of the material constituting them.
  • the chip is then placed over the support, the beads then forming solid connections, after cooling of the fusible material, between the chip and the support.
  • the material of the support for example a plastic material, a resin, or a PCB (polychlorobiphenyl)
  • the chip material for example silicon, glass, etc.
  • mechanical stresses appear at these balls and / or inside the chip, during the cooling of the fusible material constituting them. These mechanical stresses may in particular cause delamination at the level of the connection between the balls and the chip and / or between the balls and the support, thereby weakening the connections made between the chip and the support.
  • An object of the present invention is to provide an electronic component comprising at least one chip and / or a support, as well as a method for producing such a component, reducing the mechanical stresses, and in particular those leading to delamination problems. , appearing at the connection balls during a transfer of the chip on the support.
  • the present invention proposes a component, for example an electronic component, comprising at least one chip and / or a support, the chip being intended to be carried on the support and connected, at at least one connection location of the chip formed by at least a portion of a layer of the chip, to at least one connection location of the support formed by at least a portion of a layer of the support by at least one ball, the chip and / or the support comprising means for mechanically decoupling the connection location of the chip and / or the support with respect to the chip and / or the support, formed by at least one cavity , for example buried, made in the layer of the chip and / or the support, under the connection location of the chip and / or the support, and at least one trench, made in the layer of the chip and / or the support, communicating with said cavity.
  • Said trench may partially surround said portion of the layer such that at least one zone of said layer connects said portion of the layer to the rest of this layer and being based on at least one non-metallic material.
  • connection locations or contact pads, that is to say at the locations intended to receive the connection balls, the chip and / or the support.
  • This mechanical decoupling thus makes it possible to "absorb", or to compensate, all or part of the mechanical stresses arising in particular during the cooling of the fusible material of the connection balls by means of mechanical decoupling means formed by one or more trenches and cavities made at the the location (s) of connection, reducing in particular the risk of delamination at the interfaces between the balls and the support and / or between the balls and the chip.
  • a flexible zone is thus formed connecting the portion of the layer, intended to receive the connecting ball, to the remainder of this layer, at one or more of the connection locations of the chip and / or the support.
  • These flexible zones form zones of absorption of mechanical stresses called "spring beams".
  • This mechanical decoupling can be carried out at all connection locations of the chip and / or the support intended to receive a connecting ball, or at only a part of these locations.
  • the mechanical decoupling can be achieved at the critical locations, that is to say those which are likely to undergo the main mechanical stresses during assembly of the chip with the support, such as those found in periphery of the chip, near the outer edges of the chip.
  • the invention is particularly applicable for chips whose dimensions are for example greater than about 5 mm side and / or using connecting balls of small dimensions, for example less than about 100 microns.
  • This mechanical decoupling also makes it possible to perform a mechanical filtering of the vibrations of the electronic component. Indeed, it is possible to calibrate the rigidity of the connection between the support and the chip through the number, shape and dimensions of the trench or cavities of decoupling performed at the connection locations, thereby adjusting the bandwidth for the component. For example, when it is desired to measure a resonance frequency of the component within a precise frequency range, the mechanical decoupling can be used to filter the frequencies experienced or generated by the component outside this range.
  • the trench may be disposed at the periphery of the connection location of the chip and / or the connection location of the medium.
  • the trench may communicate the cavity with one side of the layer of the chip and / or the support.
  • the portion of the layer of the chip and / or the portion of the layer of the support may have a substantially polygonal shape, for example rectangular, or a disc shape in a plane parallel to a main plane of the chip layer and / or the support layer.
  • the trench may comprise, in a plane parallel to a main plane of the layer of the chip and / or the layer of the support, for example a shape chosen from a rectangular pattern or a circular arc pattern.
  • the mechanical decoupling means may comprise, for example, at least four trenches made in the layer of the chip and / or the layer of the support, making the cavity communicate with a face of the layer of the chip and / or the layer of the support.
  • the trench may comprise at least one comb pattern.
  • the decoupling means may include viscous damping comb type units, that is to say having one or more trenches forming at least one damping comb, in which a fluid, for example an oil, is arranged. whose viscosity is such that the component is not resonant.
  • the trench may comprise, in a plane parallel to a main plane of the layer of the chip and / or the support, a pattern formed by one or two arcs of circles connected to one another at one end.
  • the shape, the dimensions and the number of trenches used depend on the applications envisaged and in particular on the directions of the stresses undergone by each of the connection locations of the chip and / or the support during the transfer of the chip onto the support. It is thus possible to make trenches capable of compensating all or part of these constraints in one or more privileged directions, with possibly a specific pattern at each connection location according to the force and the direction of the stresses undergone at each connection location. .
  • the mechanical decoupling means may further comprise at least one plastic and / or viscous material disposed in all or part of the cavity and / or the trench.
  • This plastic and / or viscous material can have several functions. In particular, it can protect the interior of the cavity and / or the trench in particular during soldering of the fusible material of the connecting ball. It can also make it possible to ensure a mechanical frequency filtering by the absorption of certain frequency ranges, in particular the high frequencies due for example to parasitic vibrations. In all cases, this plastic and / or viscous material does not eliminate the mechanical decoupling function provided by the cavity and the trench.
  • a plastic material may be a resin, a viscous material that may be, for example, oil.
  • Plastic material and / or viscous material is part of the mechanical decoupling means of the invention.
  • Plastic material and / or viscous material is understood to mean a material having a deformation capacity, in particular so as not to oppose the mechanical decoupling of the connection locations.
  • connection location of the chip and / or the connection location of the support may comprise at least a portion of an electrically conductive material, for example metal-based, disposed on the portion of the layer of the chip and / or the support, directly or via a suitable interface material, for example on the side of said face of the layer.
  • an electrically conductive material for example metal-based
  • the portion of conductive material may form an electrical contact between at least two elements of the component. These elements may for example be microelectronic devices, such as transistors or other active or passive components, and / or MEMS, and / or NEMS, and / or MOEMS.
  • the component may further comprise at least one metal track made on the chip and / or the support, and electrically connected to the portion of conductive material.
  • the portion of conductive material may form at least a portion of an electrical contact between the chip and the support.
  • the chip may comprise at least one device of the MOS type and / or at least one MEMS, and / or at least one NEMS, and / or at least one MOEMS, for example made in the layer of the chip.
  • the chip can be electrically connected to the support via the ball.
  • the mechanical decoupling means can perform a mechanical filtering between the chip and the support.
  • the chip may be made from a material whose thermal expansion coefficient is different from that of a material from which the support is made.
  • the electronic device may further comprise a material including the component, that is to say the chip and / or the support, for example a polymer or a resin.
  • This material protects the component without removing the mechanical decoupling function provided by the mechanical decoupling means.
  • the coating material may or may not be similar to the plastic and / or viscous material that may be disposed in the trench and / or the cavity.
  • the non-metallic material of said zone of the layer, or "beam-spring" zone can comprise silicon and / or silicon oxide and / or silicon nitride.
  • the non-metallic material of said "spring-beam” zone may also comprise doped silicon whose resistivity is less than about 1 Ohm. cm.
  • the present invention also relates to a method for producing an electronic component comprising at least one chip and / or a support, the chip being intended to be carried on the support and connected to at least one connection location of the chip, at least one connection location of the support by at least one ball, comprising at least the steps of: - producing at least one trench in at least a first layer, communicating with at least a portion of a sacrificial layer arranged against the first layer.
  • the trench and the cavity forming mechanical decoupling means of the connection location of the chip and / or the connection location of the support relative to the chip and / or the support.
  • the invention also relates to a method of producing a component comprising at least one chip and / or a support, the chip being intended to be carried on the support and connected to the level of at least a chip connection location, at least one media connection location with at least one ball, comprising at least the steps of:
  • the trench , the cavity and said zone of the layer forming mechanical decoupling means of the connection location of the chip and / or the connection location of the support with respect to the chip and / or the support, said zone of the layer being based on at least one non-metallic material.
  • the method may further comprise a step of producing a portion of a conductive material disposed on the portion of the first layer, for example on the side of a face of the first layer communicating with the cavity via the trench.
  • the method may further comprise, between the step of removing the portion of the sacrificial layer and a step of transferring the chip to the support, a step of filling the cavity and / or the trench with a plastic and / or viscous material.
  • the method may further comprise, after a step of transferring the chip to the support, a step of depositing a coating resin on the electronic component.
  • the present invention may also relate to a method of mechanical filtering between at least one support and a chip, as described above, coupled to the support.
  • FIG. 1 represents a view from above of a chip with mechanically decoupled connection locations, object of the present invention, according to a first embodiment
  • FIGS. 2 and 3A respectively represent a sectional view and a top view of a first example of a mechanically decoupled connection location of a chip
  • FIG. 3B represents a view from above of a variant of the first example. connection location decoupled mechanically from a chip
  • FIG. 4A represents a view from above of a second example of a mechanically decoupled connection location of a chip
  • FIG. 4B represents a partial top view of a variant of the second example of a mechanically decoupled connection location of a chip
  • FIGS. 5 to 7 represent the steps of a method for producing a slot chip
  • - Figures 8 and 9A show sectional views of a chip with connection locations mechanically decoupled, object of the present invention, according to a third embodiment realization
  • FIG. 9B represents a top view in section of a chip with mechanically decoupled connection locations, object of the present invention, according to the third embodiment.
  • FIGS. 2 and 3A respectively represent a sectional view and a top view of a first example of one of these connection locations 102.
  • the chip 100 comprises a layer 104, for example based on at least one semiconductor such as silicon.
  • This layer 104 may in particular be an active layer of the chip 100.
  • One or more microelectronic devices such as MOS devices or MEMS, not shown, may in particular be made on this active layer 104.
  • the connection locations 102 are here made on a face 106 of the active layer 104. In the example of the chip 100 shown in Figure 1, the connection locations 102 are formed at the periphery of the active layer 104, that is to say close to the outer edges of the the layer 104, in a pattern forming two concentric rectangles.
  • Each connection location 102 is formed by a portion 108 of the active layer 104.
  • a cavity 110 here buried in the layer 102, is formed under each of the portions 108 of the active layer 104.
  • Each portion 108 may be delimited, in a plane parallel to the (x, y) plane, main plane of the active layer 104, of the remainder of the active layer 104 by the pattern of the cavity 110.
  • the cavity 110 has a rectangular shape.
  • Each connection location 102 also includes a portion 112 of a conductive material, for example a metal such as gold, for receiving a connecting ball.
  • Each connection location 102 may also comprise a sub-metallization (UMB) layer, not shown in the figures described here, on the portion 112.
  • UMB sub-metallization
  • the conductive portion 112 is centered relative to the center of the cavity 110.
  • trenches 114 here four in number and rectangular in shape, are formed in the portion 108, making the cavity 110 communicate with the outer face 106 of the active layer 104
  • the trenches 114 are formed at the periphery of the portion 108, surrounding the portion 108, and are parallel in pairs.
  • Each trench 114 forms, in a plane parallel to the plane (x, y), a rectangle whose largest side is parallel to one of the sides of the rectangle formed by the cavity 110 in a plane parallel to the (x, y) plane.
  • the cavity 110 and the trenches 114 thus form here mechanical decoupling means of the connection location 102 with respect to the chip 100.
  • Zones 109 are able to achieve a mechanical absorption of the stresses that may appear at the portion 108 through the mechanical decoupling between the portion 108 and the rest of the active layer 104 .
  • beam-spring zones 109 are formed in the active layer 104 whose predominant material, that is to say forming a large part of the layer 104, can be a suitable material. to absorb strong mechanical stresses without breaking. It is thus possible to dimension beam-spring zones
  • Such a material, which is non-metallic may be silicon, for example monocrystalline, silicon oxide, or silicon nitride, or else doped silicon.
  • FIG. 3B represents a variant of the first example of a connection location 102.
  • only one trench 114 is formed on the periphery of the portion 108.
  • the portion 108 is thus connected to the the remainder of the layer 104 at a single zone 109 capable of absorbing the stresses along the direction of the vector y shown in FIG. 3B.
  • FIG. 4A represents a view from above of a second example of connection location 102 mechanically decoupled from chip 100. Compared with the first example of FIGS. 2, 3A and 3B, this second example comprises a cavity 110 of cylindrical shape.
  • the portion 108 of the active layer 104 is also cylindrical.
  • each trench 114 here is a pattern, in a plane (x, y), formed by two arc of circles connected to one another at one end by a parallelogram. These two circular arcs are arranged on two circles of different diameters having, in this example, the center of that of the cavity 110. Zones 109 beams-springs, that is to say zones of absorption of mechanical stresses, are located between two arcs of circles of two trenches 114 neighbors.
  • a portion of conductive material can also be placed on the portion 108 of the active layer 104.
  • FIG. 4B shows a partial top view of a variant of the second connection location example 102 previously described in connection with FIG. 4A.
  • each trench 114 has a pattern, in a plane (x, y), formed by two arcs of circles connected to one another at one end by at least one interdigitated comb, by example two interdigitated combs 115 as shown in Figure 4B.
  • the number of trenches made in the active layer, the shape of these trenches and the general pattern formed by the trenches may be different from the examples described above. It is also possible that the mechanical decoupling of a connection location is formed in part by several cavities made in the layer 104.
  • connection balls are deposited, or formed by deposition and recasting, on the connection locations 102, in particular on the conductive portions 112.
  • connection beads are made from a fusible material such as an alloy of gold and tin, or tin and lead, or indium and tin . They are heated to a temperature greater than or equal to the melting point of the fusible material, then, on cooling, the fusible material becomes solid, thus welding the balls to the conductive portions 112.
  • the chip 100 can then be connected to the printed circuit by placing it against the printed circuit by means of the connecting balls, then by brazing the balls between the chip 100 and the printed circuit.
  • connection beads are distributed both on the chip and on the support before making the connection of the chip on the support.
  • the cavities 110, the trenches 114 and the beam-spring zones 109 perform a mechanical decoupling at each connection location 102.
  • connection locations 102 are made according to the example described with reference to FIGS. 2, 3A and 3B or that of one of FIGS. 4A or 4B, FIG.
  • connection locations 102 each of them comprises one or more cavities, one or more trenches and beam-spring zones connecting the portion forming the connection location to the remainder of the active layer, forming mechanical decoupling means.
  • connection locations 102 it is possible that only part of the connection locations 102 have these mechanical decoupling elements, the others connection locations 102 having no trenches or cavity formed under the active layer portion forming the connection location.
  • critical connection locations may include these mechanical decoupling elements.
  • connection locations forming the rectangle closest to the outer edges of the layer 104 may for example comprise the mechanical decoupling elements.
  • connection locations of the chip are decoupled mechanically.
  • all the connection locations of the support, or part of these connection locations, for receiving the connection balls can be decoupled mechanically from the support.
  • This mechanical decoupling of the support connection locations is carried out in a manner similar to the examples described above (making one or more cavities and trenches in the support layer).
  • the mechanical decoupling of the connection locations can be carried out at the level of the support and / or the chip.
  • the conductive portions 112 may also make electrical contact pads allowing, for example, the circulation of electrical signals between the chip 100 and the support on which the chip 100 is connected via the connecting balls and / or between different elements.
  • the chip 100 and / or the carrier via tracks metal made on the chip 100 and / or on the support, and connected to the conductive portions 112. These tracks may in particular connect different elements of the chip 100 between them, for example microelectronic devices and / or MEMS. Metal interconnection tracks may also be made on the side of the support that does not include the chip 100 and / or be buried in the layer 104 of the chip 100 or in the support. In addition to their mechanical decoupling function, the trenches 114, the cavities 110 made in the active layer 104 and the beam-spring zones 109 can also perform mechanical filtering.
  • This filtering is, for example, useful if it is desired to measure a resonance frequency of the chip or of a component made on the chip, which may be a MEMS, within a certain frequency range.
  • a resonance frequency of the chip or of a component made on the chip which may be a MEMS
  • a viscous type of damping it is possible to play on the plasticity or the viscosity of the material, for example oil, disposed in the trenches.
  • the material for example oil
  • a fluid for example an oil, is preferably used.
  • a resin including the assembly formed by the chip 100 carried and the support This resin may in particular fill the trenches and / or the cavities formed at the connection locations 102.
  • the resin is chosen such that it can act as an absorber (or damper) of the vibrations undergone by the chip and / or the support.
  • This material may be a coating resin.
  • a fluid is disposed in the trench or trenches and / or in the cavity or cavities forming mechanical decoupling means, it is preferably carried out a coating of the chip and support assembly to contain this fluid in its location.
  • the chip 200 is made for example of CMOS technology from a silicon substrate 201, on which is disposed a metal interconnection layer 204 based on silicon oxide and metal.
  • CMOS devices not shown, and the metal interconnection layers are made according to a standard CMOS process.
  • part of a layer lower metal 203 and a portion of an upper metal layer 212 are particularly shown.
  • a passivation layer 205 for example based on silicon nitride, may be deposited on a face 206 of the layer 204 and on the upper metal layer 212 also on the face 206 of the layer 204.
  • passivation 205 may comprise an opening at the level of the metal 212.
  • an additional UBM layer may also be deposited on the passivation layer 205 and / or on the metal layer 212.
  • connection locations 202 of the chip 200 are made on the face 206 of the layer 204.
  • the connection locations 202 are preferably made around the periphery of the layer 204, that is to say near the outer edges of the layer 204.
  • lithography and trench etching 214 are carried out in the active layer 204 and the passivation layer 205. These trenches 214 form an access to an isolated pattern of the lower metal layer 203 which is used here as a sacrificial layer. The portion of the lower metal layer 203 is then etched to form a cavity 210 under a portion 208 of the layer 204. Zones 209, connecting the portion 208 to the remainder of the layer 204, are obtained in the layers 204 and 205, forming beam-spring zones similar to zones 109 previously described.
  • This sacrificial etching may be performed by wet etching, for example of the HCl (hydrogen chloride) type.
  • the cavity 210 delimits, in a plane parallel to the (x, y) plane, the portion 208 forming a connection location with respect to the remainder of the active layer 204 and the passivation layer 205.
  • the zones 209 can be formed only in the layer 204. In this case, the passivation layer 205 is previously opened, for example by etching, at the location of the zones 209.
  • the postponement of the chip 200 for example on a printed circuit, can then be similar to that described for the chip 100.
  • the cavity 210 and the trenches 214 then perform a mechanical decoupling within the connection location 202.
  • the conductive portions 212 may form an electrical contact line between the connection location and the remainder of the chip 200 to carry electrical signals.
  • these electrical contact lines are covered by the passivation layer 205.
  • This filtering function can also be performed when no material or fluid is deposited in the cavity or the trench, the air present in the trench and the cavity already performing a damping of vibration undergone by the chip and / or the support.
  • a mechanical decoupling When a mechanical decoupling is carried out on the support, it can be formed by several layers, of which for example a lower metal-based layer is used as a sacrificial layer for producing a cavity, in a similar way to the realization of the mechanical decoupling cavity previously made in the chip.
  • Figures 8, 9A and 9B show another example of a chip 300 having mechanically decoupled connection locations 302 according to a third embodiment.
  • This chip 300 comprises in particular a MEMS 301 produced on an SOI substrate formed by a layer 304 for example based on silicon, a dielectric layer 306, for example silicon oxide, and an active layer 308 based on silicon.
  • This MEMS 301 is for example an accelerometer, a gyrometer or a pressure sensor.
  • the silicon of the active layer 308 may be sufficiently conductive to pass an electrical signal between the MEMS 301 and a connection location 302.
  • this silicon may be doped with boron or phosphorus to obtain a resistivity of less than a few ohms . cm (for example less than 9 ohm.cm or 5 ohm.cm).
  • the level of doping can be chosen as large as possible while remaining below the limit of degeneration of the material to maintain good mechanical quality of the crystalline structure of silicon, a resistivity for example between about 1 milliOhm.cm and 900 milliOhm.cm.
  • Insulation trenches 320 providing electrical and / or mechanical insulation depending on the type of MEMS, partly separate the MEMS 301 from the remainder of the active layer 308.
  • FIG. 9B represents a top view in section in the plane of the dielectric layer 306 of this chip 300.
  • the active layer 308 has for example a thickness of between about 1 micron and 1 mm.
  • Trenches 314, for example similar to the trenches 114 and 214 described above, for mechanical decoupling are carried out in the MEMS 301.
  • a cavity 310, made under the MEMS 301, also forms a mechanical decoupling cavity of the connection location 302.
  • zones 309 of mechanical decoupling, forming beam-spring zones substantially similar to the zones 109 and 209, contribute to the mechanical decoupling of the connection location 302.
  • the trenches 314 can be made by DRIE etching (FIG. deep reactive ion etching).
  • a portion of a conductive material 312 is made on the MEMS 301 and is intended to perform the silicon contact recovery and also to receive a first connection ball 316.
  • the mechanically decoupled location is here formed by a portion of the MEMS 301.
  • the chip 300 is connected to a support 400 formed by a layer 404 via the connection balls 316 previously made on the chip 300 and / or on the support 400.
  • connection locations 402 receiving the connection balls 316 are not decoupled mechanically unlike the connection location 302 formed in the chip 300.
  • connection locations 402 can be decoupled mechanically by at least one trench and at least one cavity formed in the layer 404 of the support 400, for example similarly to the realization of the trenches and cavities formed in the chip described above .
  • a second ball 316 is shown, connecting the active layer 308 to the support 400.
  • connection location 303 made on the MEMS 301 which is not decoupled mechanically.
  • the connection locations can be made on "passive" parts of the layer, that is to say on parts that do not include an active device, and / or on active parts such as MEMS. 301.
  • the assembly of the chip 300 on the printed circuit 400 may be similar to that described for the chip 100.
  • the cavity 310 and the trenches 314 then perform a mechanical decoupling within the connection location 302 of the chip 300 shown in Figures 8, 9A and 9B.
  • the conductive portions 312 may also form, in addition to their mechanical connection function, contact pads for routing electrical signals. It is also possible that trenches 314 and the cavity 310 are filled with a material or a fluid providing a damping function of the stresses experienced at the connection location 302.
  • a resin may also encompass the entire component formed by the chip 300 and the support 400.
  • the chip 300 can also be protected by a hermetic cover, for example a pyrex cover with anodic sealing, especially when it is desired that the chip is arranged in a vacuum environment.

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Abstract

Composant électronique comportant au moins une puce et/ou un support, la puce étant destinée à être reportée sur le support et reliée, au niveau d'au moins un emplacement de connexion (102) de la puce formé par au moins une portion (108) d'une couche (104) de la puce, à au moins un emplacement de connexion du support formé par au moins une portion d'une couche du support, par au moins une bille, la puce et/ou le support comprenant des moyens de découplage mécanique de l'emplacement de connexion (102) de la puce et/ou du support par rapport à la puce et/ou au support, formés par au moins une cavité (110) réalisée dans la couche de la puce et/ou du support, sous l'emplacement de connexion de la puce et/ou du support, et au moins une tranchée (114), réalisée dans la couche de la puce et/ou du support, communiquant avec ladite cavité.

Description

COMPOSANT ELECTRONIQUE A CONNEXIONS PAR BILLES DECOUPLEES MECANIQUEMENT
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L' invention concerne le domaine des composants électroniques comportant des puces destinées à être connectées, ou couplées, par « flip-chip » (ou puce retournée), c'est-à-dire par l'intermédiaire de billes, ou microbilles, de connexion, sur un support tel qu'un circuit imprimé électronique.
On entend par puce, ici et dans tout le reste du document, tout élément électronique utilisant des connexions électriques, par exemple un MEMS (microsystème électromécanique) , un NEMS (nanosystème électromécanique) , un MOEMS (microsystème opto- électromécanique) , un imageur ou encore un circuit MOS.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
La technique de report par billes, ou microbilles, appelée « flip-chip », consiste à reporter une puce sur un support par l'intermédiaire de plusieurs billes, ou microbilles, disposées sur une face avant de la puce et/ou du support, par exemple en périphérie de cette face. Ces billes sont à base d'un matériau fusible tel qu'un alliage d'or et d'étain.
Pour réaliser le report de la puce sur le support, les billes sont chauffées à une température supérieure ou égale au point de fusion du matériau les constituant. La puce est alors disposée au-dessus du support, les billes formant alors des connexions solides, après refroidissement du matériau fusible, entre la puce et le support.
Lorsque le matériau du support, par exemple un matériau plastique, une résine, ou encore un PCB (polychlorobiphényl) , a un coefficient de dilatation thermique différent de celui du matériau de la puce (par exemple du silicium, du verre, etc.), et notamment lorsque la taille de la puce est importante ou que les billes sont de très faibles dimensions, des contraintes mécaniques apparaissent au niveau de ces billes et/ou à l'intérieur de la puce, lors du refroidissement du matériau fusible les constituant. Ces contraintes mécaniques peuvent notamment entraîner un délaminage au niveau de la liaison entre les billes et la puce et/ou entre les billes et le support, fragilisant alors les connexions réalisées entre la puce et le support.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Un but de la présente invention est de proposer un composant électronique comportant au moins une puce et/ou un support, ainsi qu'un procédé de réalisation d'un tel composant, réduisant les contraintes mécaniques, et notamment celles conduisant à des problèmes de délaminage, apparaissant au niveau des billes de connexion lors d'un report de la puce sur le support.
Pour cela, la présente invention propose un composant, par exemple un composant électronique, comportant au moins une puce et/ou un support, la puce étant destinée à être reportée sur le support et reliée, au niveau d'au moins un emplacement de connexion de la puce formé par au moins une portion d'une couche de la puce, à au moins un emplacement de connexion du support formé par au moins une portion d'une couche du support par au moins une bille, la puce et/ou le support comprenant des moyens de découplage mécanique de l'emplacement de connexion de la puce et/ou du support par rapport à la puce et/ou au support, formés par au moins une cavité, par exemple enterrée, réalisée dans la couche de la puce et/ou du support, sous l'emplacement de connexion de la puce et/ou du support, et au moins une tranchée, réalisée dans la couche de la puce et/ou du support, communiquant avec ladite cavité. Ladite tranchée peut entourer en partie ladite portion de la couche tel qu'au moins une zone de ladite couche relie ladite portion de la couche au reste de cette couche et étant à base d'au moins un matériau non métallique. Ladite zone fait alors partie des moyens de découplage mécanique.
Ainsi, on réalise un découplage mécanique au niveau d'un ou plusieurs des emplacements de connexion, ou plots de contact, c'est-à-dire aux emplacements destinés à recevoir les billes de connexion, de la puce et/ou du support. Ce découplage mécanique permet ainsi « d'absorber », ou de compenser, tout ou partie des contraintes mécaniques apparaissant notamment lors du refroidissement du matériau fusible des billes de connexion grâce aux moyens de découplage mécanique formés par une ou plusieurs tranchées et cavités réalisées au niveau du ou des emplacements de connexion, réduisant notamment les risques de délaminage aux niveaux des interfaces entre les billes et le support et/ou entre les billes et la puce. On forme ainsi une zone flexible reliant la portion de la couche, destinée à recevoir la bille de connexion, au reste de cette couche, au niveau d'un ou plusieurs des emplacements de connexion de la puce et/ou du support. Ces zones flexibles forment des zones d' absorption de contraintes mécaniques appelées « poutres ressorts ». Ce découplage mécanique peut être réalisé au niveau de tous les emplacements de connexion de la puce et/ou du support destinés à recevoir une bille de connexion, ou au niveau d'une partie seulement de ces emplacements. En particulier, le découplage mécanique peut être réalisé au niveau des emplacements critiques, c'est-à-dire ceux qui sont susceptibles de subir les principales contraintes mécaniques lors de l'assemblage de la puce avec le support, tels que ceux se trouvant en périphérie de la puce, à proximité des bords extérieurs de la puce.
L'invention s'applique particulièrement pour des puces dont les dimensions sont par exemple supérieures à environ 5 mm de côté et/ou faisant appel à des billes de connexion de faibles dimensions, par exemple inférieures à environ 100 μm.
Ce découplage mécanique permet également de réaliser un filtrage mécanique des vibrations du composant électronique. En effet, il est possible de calibrer la rigidité de la connexion entre le support et la puce par l'intermédiaire du nombre, de la forme et des dimensions de la ou des tranchées et cavités de découplage réalisées au niveau des emplacements de connexion, ce qui permet d'ajuster la bande passante pour le composant. Par exemple, lorsque l'on veut mesurer une fréquence de résonance du composant à l'intérieur d'une plage de fréquences précise, le découplage mécanique peut permettre de filtrer les fréquences subies ou générées par le composant se trouvant en dehors de cette plage.
La tranchée peut être disposée en périphérie de l'emplacement de connexion de la puce et/ou de l'emplacement de connexion du support.
La tranchée peut faire communiquer la cavité avec une face de la couche de la puce et/ou du support . La portion de la couche de la puce et/ou la portion de la couche du support peut avoir une forme sensiblement polygonale, par exemple rectangulaire, ou une forme de disque dans un plan parallèle à un plan principal de la couche de la puce et/ou de la couche du support.
La tranchée peut comporter, dans un plan parallèle à un plan principal de la couche de la puce et/ou de la couche du support, par exemple une forme choisie parmi un motif rectangulaire ou un motif d'arc de cercle.
Les moyens de découplage mécanique peuvent comporter, par exemple, au moins quatre tranchées réalisées dans la couche de la puce et/ou la couche du support, faisant communiquer la cavité avec une face de la couche de la puce et/ou de la couche du support. La tranchée peut comporter au moins un motif de peigne. Ainsi, les moyens de découplage peuvent inclure des motifs de type peigne d'amortissement visqueux, c'est-à-dire comportant une ou plusieurs tranchées formant au moins un peigne d'amortissement, dans lesquelles est disposé un fluide, par exemple une huile, dont la viscosité est telle que le composant ne soit pas résonnant.
La tranchée peut comporter, dans un plan parallèle à un plan principal de la couche de la puce et/ou du support, un motif formé par un ou deux arcs de cercles reliés l'un à l'autre au niveau d'une extrémité .
De façon générale, la forme, les dimensions et le nombre de tranchées utilisées dépendent des applications envisagées et notamment des directions des contraintes subies par chacun des emplacements de connexion de la puce et/ou du support lors du report de la puce sur le support. On peut ainsi réaliser des tranchées aptes à compenser tout ou partie de ces contraintes selon une ou plusieurs directions privilégiées, avec éventuellement un motif spécifique au niveau de chaque emplacement de connexion suivant la force et la direction des contraintes subies au niveau de chaque emplacement de connexion.
Selon l'invention, les moyens de découplage mécanique peuvent comporter en outre au moins un matériau plastique et/ou visqueux disposé dans tout ou partie de la cavité et/ou de la tranchée. Ce matériau plastique et/ou visqueux peut avoir plusieurs fonctions. En particulier, il peut permettre de protéger l'intérieur de la cavité et/ou de la tranchée notamment lors du brasage du matériau fusible de la bille de connexion. Il peut également permettre d'assurer un filtrage mécanique fréquentiel par l'absorption de certaines plages de fréquences, notamment les hautes fréquences dues par exemple à des vibrations parasites. Dans tous les cas, ce matériau plastique et/ou visqueux ne supprime pas la fonction de découplage mécanique assurée par la cavité et la tranchée. A titre d'exemple, un matériau plastique peut être une résine, un matériau visqueux pouvant être par exemple de l'huile. Ce matériau plastique et/ou visqueux fait partie des moyens de découplage mécanique de l'invention. On entend par matériau plastique et/ou visqueux un matériau comportant une capacité de déformation notamment pour ne pas s'opposer au découplage mécanique des emplacements de connexion.
L'emplacement de connexion de la puce et/ou l'emplacement de connexion du support peuvent comporter au moins une portion d'un matériau électriquement conducteur, par exemple à base de métal, disposée sur la portion de la couche de la puce et/ou du support, directement ou par l'intermédiaire d'un matériau d'interface adapté, par exemple du côté de ladite face de la couche.
La portion de matériau conducteur peut former un contact électrique entre au moins deux éléments du composant. Ces éléments peuvent par exemple être des dispositifs microélectroniques, tels que des transistors ou d'autres composants actifs ou passifs, et/ou des MEMS, et/ou NEMS, et/ou MOEMS. Le composant peut comporter en outre au moins une piste métallique réalisée sur la puce et/ou le support, et reliée électriquement à la portion de matériau conducteur. La portion de matériau conducteur peut former au moins une partie d'un contact électrique entre la puce et le support.
La puce peut comporter au moins un dispositif de type MOS et/ou au moins un MEMS, et/ou au moins un NEMS, et/ou au moins un MOEMS, par exemple réalisés dans la couche de la puce.
La puce peut être reliée électriquement au support par l'intermédiaire de la bille.
Selon l'invention, les moyens de découplage mécanique peuvent réaliser un filtrage mécanique entre la puce et le support.
La puce peut être réalisée à base d'un matériau dont le coefficient de dilatation thermique est différent de celui d'un matériau à partir duquel est réalisé le support.
Le dispositif électronique peut comporter en outre un matériau englobant le composant, c'est-à- dire la puce et/ou le support, par exemple un polymère ou une résine. Ce matériau permet de protéger le composant sans supprimer la fonction de découplage mécanique assurée par les moyens de découplage mécanique. Le matériau d'enrobage peut être similaire ou non au matériau plastique et/ou visqueux pouvant être disposé dans la tranchée et/ou la cavité. Le matériau non métallique de ladite zone de la couche, ou zone « poutre-ressort », peut comporter du silicium et/ou de l'oxyde de silicium et/ou du nitrure de silicium.
Le matériau non métallique de ladite zone « poutre-ressort » peut également comporter du silicium dopé dont la résistivité est inférieure à environ 1 Ohm . cm .
La présente invention concerne également un procédé de réalisation d'un composant électronique comportant au moins une puce et/ou un support, la puce étant destinée à être reportée sur le support et reliée, au niveau d'au moins un emplacement de connexion de la puce, à au moins un emplacement de connexion du support par au moins une bille, comportant au moins les étapes de : - réalisation d'au moins une tranchée dans au moins une première couche, communiquant avec au moins une partie d'une couche sacrificielle disposée contre la première couche.
- suppression de la partie de la couche sacrificielle, formant au moins une cavité disposée sous au moins une portion de la première couche correspondant à l'emplacement de connexion de la puce et/ou l'emplacement de connexion du support, la tranchée et la cavité formant des moyens de découplage mécanique de l'emplacement de connexion de la puce et/ou de l'emplacement de connexion du support par rapport à la puce et/ou au support.
L' invention concerne également un procédé de réalisation d'un composant comportant au moins une puce et/ou un support, la puce étant destinée à être reportée sur le support et reliée, au niveau d'au moins un emplacement de connexion de la puce, à au moins un emplacement de connexion du support par au moins une bille, comportant au moins les étapes de :
- réalisation d'au moins une tranchée dans au moins une première couche, communiquant avec au moins une partie d'une couche sacrificielle disposée contre la première couche et entourant en partie une portion de la première couche telle qu'au moins une zone de ladite couche relie ladite portion de la couche au reste de cette couche,
- suppression de la partie de la couche sacrificielle, formant au moins une cavité enterrée et disposée sous au moins la portion de la première couche correspondant à l'emplacement de connexion de la puce et/ou l'emplacement de connexion du support, la tranchée, la cavité et ladite zone de la couche formant des moyens de découplage mécanique de l'emplacement de connexion de la puce et/ou de l'emplacement de connexion du support par rapport à la puce et/ou au support, ladite zone de la couche étant à base d'au moins un matériau non métallique.
Le procédé peut comporter en outre une étape de réalisation d'une portion d'un matériau conducteur disposée sur la portion de la première couche, par exemple du côté d'une face de la première couche communiquant avec la cavité par l'intermédiaire de la tranchée.
Le procédé peut comporter en outre, entre l'étape de suppression de la partie de la couche sacrificielle et une étape de report de la puce sur le support, une étape de remplissage de la cavité et/ou de la tranchée par un matériau plastique et/ou visqueux.
Le procédé peut comporter en outre, après une étape de report de la puce sur le support, une étape de dépôt d'une résine d'enrobage sur le composant électronique .
La présente invention peut également concerner un procédé de filtrage mécanique entre au moins un support et une puce, tel que décrit précédemment, couplée au support.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente une vue de dessus d'une puce à emplacements de connexion découplés mécaniquement, objet de la présente invention, selon un premier mode de réalisation,
- les figures 2 et 3A représentent respectivement une vue en coupe et une vue de dessus d'un premier exemple d'emplacement de connexion découplé mécaniquement d'une puce, - la figure 3B représente une vue de dessus d'une variante du premier exemple d'emplacement de connexion découplé mécaniquement d'une puce,
- la figure 4A représente une vue de dessus d'un second exemple d'emplacement de connexion découplé mécaniquement d'une puce, - la figure 4B représente une vue de dessus partielle d'une variante du second exemple d'emplacement de connexion découplé mécaniquement d'une puce, - les figures 5 à 7 représentent les étapes d'un procédé de réalisation d'une puce à emplacements de connexion découplés mécaniquement, objet de la présente invention, selon un second mode de réalisation, - les figures 8 et 9A représentent des vues en coupe d'une puce à emplacements de connexion découplés mécaniquement, objet de la présente invention, selon un troisième mode de réalisation,
- la figure 9B représente une vue de dessus en coupe d'une puce à emplacements de connexion découplés mécaniquement, objet de la présente invention, selon le troisième mode de réalisation.
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
On se réfère tout d' abord à la figure 1 qui représente un exemple d'une puce 100 comportant une pluralité d'emplacements de connexion 102 selon un premier mode de réalisation. Les figures 2 et 3A représentent respectivement une vue en coupe et une vue de dessus d'un premier exemple d'un de ces emplacements de connexion 102.
La puce 100 comporte une couche 104, par exemple à base d'au moins un semi-conducteur tel que du silicium. Cette couche 104 peut notamment être une couche active de la puce 100. Un ou plusieurs dispositifs microélectroniques tels que des dispositifs MOS ou des MEMS, non représentés, peuvent notamment être réalisés sur cette couche active 104. Les emplacements de connexion 102 sont ici réalisés sur une face 106 de la couche active 104. Dans l'exemple de la puce 100 représentée sur la figure 1, les emplacements de connexion 102 sont réalisés en périphérie de la couche active 104, c'est-à-dire proche des bords extérieurs de la couche 104, selon un motif formant deux rectangles concentriques.
Chaque emplacement de connexion 102 est formé par une portion 108 de la couche active 104. Une cavité 110, ici enterrée dans la couche 102, est réalisée sous chacune des portions 108 de la couche active 104. Chaque portion 108 peut être délimitée, dans un plan parallèle au plan (x,y), plan principal de la couche active 104, du reste de la couche active 104 par le motif de la cavité 110. Sur l'exemple des figures 2 et 3, la cavité 110 a une forme rectangulaire .
Chaque emplacement de connexion 102 comporte également une portion 112 d'un matériau conducteur, par exemple un métal tel que de l'or, destinée à recevoir une bille de connexion. Chaque emplacement de connexion 102 peut également comporter une couche de métallisation sous plots (UMB pour «Under Bump Metallization ») , non représentée sur les figures décrites ici, sur la portion 112. Sur l'exemple des figures 2 et 3A, la portion conductrice 112 est centrée par rapport au centre de la cavité 110. Enfin, des tranchées 114, ici au nombre de quatre et de forme rectangulaire, sont réalisées dans la portion 108, faisant communiquer la cavité 110 avec la face extérieure 106 de la couche active 104. Sur l'exemple d'emplacement 102 décrit en liaison avec les figures 2 et 3A, les tranchées 114 sont réalisées en périphérie de la portion 108, entourant cette portion 108, et sont parallèles deux à deux. Chaque tranchée 114 forme, dans un plan parallèle au plan (x,y) un rectangle dont le plus grand côté est parallèle avec un des côtés du rectangle formé par la cavité 110 dans un plan parallèle au plan (x,y) . La cavité 110 et les tranchées 114 forment donc ici des moyens de découplage mécanique de l'emplacement de connexion 102 par rapport à la puce 100.
Sur la figure 3A, on voit que les tranchées 114 n'entourent qu'en partie la portion 108. Des zones 109, appelées zones poutres-ressorts, chacune se trouvant entre deux tranchées 114, relient la portion 108 au reste de la couche 104. Ainsi, les zones 109 poutres-ressorts sont aptes à réaliser une absorption mécanique des contraintes pouvant apparaître au niveau de la portion 108 grâce au découplage mécanique réalisé entre la portion 108 et le reste de la couche active 104.
De plus, on peut réaliser la puce 100 tel que ces zones poutres-ressorts 109 soient formées dans la couche active 104 dont le matériau prédominant, c'est-à-dire formant une grande partie de la couche 104, peut être un matériau apte à absorber de fortes contraintes mécaniques sans casser. Il est ainsi possible de dimensionner des zones poutres-ressorts
109 (c ' est-à-dire la distance entre deux tranchées 114 qui délimite l'une des zones 109, et l'épaisseur de la portion 108) offrant une grande souplesse mécanique dans le plan (x,y) mais également selon l'axe z, c'est- à-dire pouvant par exemple se déformer de quelques dizaines de micromètres, par exemple jusqu'à 50 ou 90 μm, sans casser. Un tel matériau, qui est non métallique, peut être du silicium, par exemple monocristallin, de l'oxyde de silicium, ou du nitrure de silicium, ou encore du silicium dopé.
La figure 3B représente une variante du premier exemple d'emplacement de connexion 102. Par rapport à la figure 3A, une seule tranchée 114 est réalisée en périphérie de la portion 108. Par rapport à la figure 3A, la portion 108 est donc reliée au reste de la couche 104 au niveau d'une seule zone 109 apte à absorber les contraintes selon la direction du vecteur y représenté sur la figure 3B. La figure 4A représente une vue de dessus d'un second exemple d'emplacement de connexion 102 découplé mécaniquement de la puce 100. Par rapport au premier exemple des figures 2, 3A et 3B, ce second exemple comporte une cavité 110 de forme cylindrique. La portion 108 de la couche active 104 est également de forme cylindrique. Dans ce second exemple d'emplacement de connexion 102, quatre tranchées 114 sont réalisées dans la portion 108, faisant communiquer la cavité 110 avec la face 106 de la couche active 104. Par rapport au premier exemple des figures 2 et 3, chaque tranchée 114 a ici un motif, dans un plan (x,y), formé par deux arc de cercles reliés l'un à l'autre au niveau d'une extrémité par un parallélogramme. Ces deux arcs de cercle sont disposés sur deux cercles de diamètres distincts ayant, dans cet exemple, pour centre celui de la cavité 110. Des zones 109 poutres-ressorts, c'est-à- dire des zones d'absorption de contraintes mécaniques, se trouvent entre deux arcs de cercles de deux tranchées 114 voisines. Une portion de matériau conducteur, non représentée sur l'exemple de la figure 4A, peut également être disposée sur la portion 108 de la couche active 104.
La figure 4B représente une vue de dessus partielle d'une variante du second exemple d'emplacement de connexion 102 décrit précédemment en liaison avec la figure 4A. Dans cette variante, chaque tranchée 114 a un motif, dans un plan (x,y), formé par deux arcs de cercles reliés l'un à l'autre au niveau d'une extrémité par au moins un peigne interdigité, par exemple deux peignes interdigités 115 comme représenté sur la figure 4B.
De manière générale, le nombre de tranchées réalisées dans la couche active, la forme de ces tranchées et le motif général formé par les tranchées peuvent être différents des exemples décrits précédemment. Il est également possible que le découplage mécanique d'un emplacement de connexion soit formé en partie par plusieurs cavités réalisées dans la couche 104.
Lors de la connexion de la puce 100 sur un support, par exemple sur un circuit imprimé (ou PCB pour « Printed Circuit Board ») , des billes de connexion sont déposées, ou formées par dépôt et refonte, sur les emplacements de connexion 102, notamment sur les portions conductrices 112. Ces billes de connexions sont réalisées à base d'un matériau fusible tel qu'un alliage d'or et d'étain, ou d'étain et de plomb, ou encore d' indium et d'étain. Elles sont chauffées à une température supérieure ou égale au point de fusion du matériau fusible, puis, en refroidissant, le matériau fusible redevient solide, soudant ainsi les billes aux portions conductrices 112. La puce 100 peut alors être connectée au circuit imprimé en la plaçant contre le circuit imprimé par l'intermédiaire des billes de connexion, puis en réalisant un brasage des billes entre la puce 100 et le circuit imprimé. Il est également possible que les billes soient tout d'abord placées sur le circuit imprimé, puis que la puce 100 soit connectée au circuit imprimé en réalisant un brasage des billes de connexion. Il est également possible que des billes de connexion soient réparties à la fois sur la puce et sur le support avant de réaliser la connexion de la puce sur le support. Les cavités 110, les tranchées 114 et les zones poutres-ressorts 109 réalisent un découplage mécanique au niveau de chaque emplacement de connexion 102. En effet, si le matériau du circuit imprimé, ou plus généralement le matériau du support sur lequel est destiné à être connecté la puce 100 par flip-chip, a un coefficient de dilatation thermique différent de celui de la couche 104 (par exemple : coefficient de dilatation thermique du silicium = 3 ppm/°C ; coefficient de dilatation thermique de la résine du circuit imprimé = 19 ppm/°C), les contraintes mécaniques subies par les billes de connexions sont alors dissipées grâce à ce découplage mécanique, supprimant en particulier le risque de délaminage des billes de connexions lors du refroidissement du métal. Dans l'exemple de réalisation décrit en liaison avec la figure 1, tous les emplacements de connexion 102 sont réalisés selon l'exemple décrit en relation avec les figures 2, 3A et 3B ou celui de l'une des figures 4A ou 4B, c'est-à-dire que chacun d'eux comporte une ou plusieurs cavités, une ou plusieurs tranchées et des zones poutres-ressorts reliant la portion formant l'emplacement de connexion au reste de la couche active, formant des moyens de découplage mécanique. Toutefois, il est possible qu'une partie seulement des emplacements de connexion 102 comporte ces éléments de découplage mécanique, les autres emplacements de connexion 102 ne comportant pas de tranchées ni de cavité réalisée sous la portion de couche active formant l'emplacement de connexion. Par exemple, seuls les emplacements de connexions « critiques » peuvent comporter ces éléments de découplage mécanique. Sur l'exemple de la figure 1, il est possible que seuls les emplacements de connexion formant le rectangle le plus proche des bords extérieurs de la couche 104 peuvent par exemple comporter les éléments de découplage mécanique.
De plus, dans les exemples décrits précédemment, seuls les emplacements de connexion de la puce sont découplés mécaniquement. Or, dans une variante, tous les emplacements de connexion du support, ou une partie de ces emplacements de connexion, destinés recevoir les billes de connexions peuvent être découplés mécaniquement du support. Ce découplage mécanique des emplacements de connexion du support est réalisé de manière similaire aux exemples décrits précédemment (réalisation d'une ou plusieurs cavités et tranchées dans la couche du support) . Ainsi, le découplage mécanique des emplacements de connexion peut être réalisé au niveau du support et/ou de la puce . Les portions conductrices 112 peuvent également réaliser des plots de contact électrique permettant, par exemple, la circulation de signaux électriques entre la puce 100 et le support sur lequel est connecté la puce 100 par l'intermédiaire des billes de connexion et/ou entre différents éléments de la puce 100 et/ou du support par l'intermédiaire de pistes métalliques réalisées sur la puce 100 et/ou sur le support, et reliées aux portions conductrices 112. Ces pistes peuvent notamment relier différents éléments de la puce 100 entre eux, par exemple des dispositifs microélectroniques et/ou des MEMS. Des pistes métalliques d' interconnexions peuvent également être réalisées du côté du support ne comportant pas la puce 100 et/ou être enterrées dans la couche 104 de la puce 100 ou dans le support. Outre leur fonction de découplage mécanique, les tranchées 114, les cavités 110 réalisées dans la couche active 104 et les zones poutres-ressorts 109 peuvent également réaliser un filtrage mécanique. Ce filtrage est par exemple utile si l'on souhaite mesurer une fréquence de résonance de la puce ou d'un composant réalisé sur la puce, qui peut être un MEMS, dans une certaine plage de fréquences. Dans ce cas, en calibrant la rigidité de la connexion entre la puce et le support sur lequel est reporté la puce par l'intermédiaire de la géométrie des tranchées et des cavités, et en ajoutant éventuellement une fonction d'amortissement grâce à l'introduction d'un matériau plastique et/ou visqueux dans la ou les tranchées et cavités, on peut alors filtrer les fréquences se trouvant au-delà de la plage de fréquences dan laquelle on souhaite réaliser la mesure, et ainsi éviter par exemple des phénomènes de résonance parasites de la puce 100. Pour créer un amortissement de type visqueux, il est possible de jouer sur la plasticité ou la viscosité du matériau, par exemple de l'huile, disposé dans les tranchées. Lorsque l'on remplie les tranchées et non la cavité, on utilise un matériau donné, par exemple une résine, et on joue sur la largeur des tranchées. Dans le cas d'un remplissage des tranchées et de la cavité, on utilise de préférence un fluide, par exemple une huile.
Après l'étape de report de la puce 100 sur le circuit imprimé, il est possible de déposer une résine englobant l'ensemble formé par la puce 100 reportée et le support. Cette résine peut notamment remplir les tranchées et/ou les cavités réalisées au niveau des emplacements de connexion 102. Dans ce cas, la résine est choisie telle qu'elle puisse faire office d' absorbeur (ou amortisseur) des vibrations subies par la puce et/ou le support. Ce matériau peut être une résine d'enrobage. Lorsqu'un fluide est disposé dans la ou les tranchées et/ou dans la ou les cavités formant des moyens de découplage mécanique, on réalise de préférence un enrobage de l'ensemble puce et support pour contenir ce fluide dans son emplacement. On se réfère maintenant aux figures 5 à 7 représentant les étapes d'un procédé de réalisation d'une puce 200 à emplacements de connexion découplés mécaniquement selon un second mode de réalisation.
Dans cet exemple de réalisation, la puce 200 est réalisée par exemple en technologie CMOS à partir d'un substrat de silicium 201, sur lequel est disposée une couche d'interconnexion métallique 204 à base d'oxyde de silicium et de métal. Des dispositifs CMOS, non représentés, et les couches d'interconnexions métalliques sont réalisés selon un procédé CMOS standard. Sur la figure 5, une partie d'une couche métallique inférieure 203 et une partie d'une couche métallique supérieure 212 sont notamment représentées. Enfin, une couche de passivation 205, par exemple à base de nitrure de silicium, peut être déposée sur une face 206 de la couche 204 et sur la couche métallique supérieure 212 se trouvant également sur la face 206 de la couche 204. Cette couche de passivation 205 peut comporter une ouverture au niveau du métal 212. De plus, une couche supplémentaire UBM peut aussi être déposée sur la couche de passivation 205 et/ou sur la couche métallique 212.
Comme représenté sur les figures 6 et 7, on réalise les emplacements de connexion 202 de la puce 200 sur la face 206 de la couche 204. Comme pour la puce 100 décrite précédemment, les emplacements de connexion 202 sont réalisés de préférence en périphérie de la couche 204, c'est-à-dire à proximité des bords extérieurs de la couche 204.
Pour cela, on réalise une lithographie et une gravure de tranchées 214, par exemple de géométrie similaire à celle des tranchées 114 décrites précédemment, dans la couche active 204 et la couche de passivation 205. Ces tranchées 214 forment un accès à un motif isolé de la couche métallique inférieure 203 qui est ici utilisée en tant que couche sacrificielle. On grave alors la portion de la couche métallique inférieure 203 pour former une cavité 210 sous une portion 208 de la couche 204. Des zones 209, reliant la portion 208 au reste de la couche 204, sont obtenues dans les couches 204 et 205, formant des zones poutres- ressorts analogues aux zones 109 précédemment décrites. Cette gravure sacrificielle peut être réalisée par gravure humide, par exemple de type HCl (chlorure d'hydrogène) . Comme pour la puce 100 décrite précédemment, la cavité 210 délimite, dans un plan parallèle au plan (x,y), la portion 208 formant un emplacement de connexion par rapport au reste de la couche active 204 et de la couche de passivation 205. Dans une variante, les zones 209 peuvent être formées uniquement dans la couche 204. Dans ce cas, la couche de passivation 205 est préalablement ouverte, par exemple par gravure, à l'emplacement des zones 209.
Le report de la puce 200, par exemple sur un circuit imprimé, peut alors être similaire à celui décrit pour la puce 100. La cavité 210 et les tranchées 214 réalisent alors un découplage mécanique au sein de l'emplacement de connexion 202.
Comme pour la puce 100 décrite précédemment, les portions conductrices 212 peuvent former une ligne de contact électrique entre l'emplacement de connexion et le reste de la puce 200 pour acheminer des signaux électriques. De préférence, ces lignes de contact électrique sont recouvertes par la couche de passivation 205. Il est également possible de réaliser une fonction de filtrage mécanique par l'intermédiaire des tranchées, cavités et zones poutres-ressorts réalisées au niveau des emplacements de connexion de la puce 200 et/ou en remplissant les tranchées et la cavité au moins partiellement par un matériau plastique et/ou visqueux et/ou en déposant une résine englobant l'ensemble de la puce 200. Cette fonction de filtrage peut également être réalisée lorsque qu'aucun matériau ou fluide n'est déposé dans la cavité ou la tranchée, l'air présent dans la tranchée et la cavité réalisant déjà un amortissement des vibrations subies par la puce et/ou le support. Lorsqu'un découplage mécanique est réalisé sur le support, celui-ci peut être formé par plusieurs couches, dont par exemple une couche inférieure à base de métal est utilisée en tant que couche sacrificielle pour la réalisation d'une cavité, de manière analogue à la réalisation de la cavité de découplage mécanique réalisée précédemment dans la puce.
Les figures 8, 9A et 9B représentent un autre exemple de puce 300 comportant des emplacements de connexion 302 découplés mécaniquement selon un troisième mode de réalisation.
Cette puce 300 comporte notamment un MEMS 301 réalisé sur un substrat SOI formé par une couche 304 par exemple à base de silicium, une couche diélectrique 306, par exemple de l'oxyde de silicium, et une couche active 308 à base de silicium. Ce MEMS 301 est par exemple un accéléromètre, un gyromètre ou un capteur de pression. Le silicium de la couche active 308 peut être suffisamment conducteur pour faire passer un signal électrique entre le MEMS 301 et un emplacement de connexion 302. Pour cela, ce silicium peut être dopé par du bore ou du phosphore pour obtenir une résistivité inférieure à quelques ohm. cm (par exemple inférieure à 9 ohm. cm ou 5 ohm. cm) . De plus, le niveau de dopage peut être choisi le plus grand possible tout en restant en deçà de la limite de dégénérescence du matériau pour conserver une bonne qualité mécanique de la structure cristalline du silicium, soit une résistivité par exemple comprise entre environ 1 milliOhm.cm et 900 milliOhm.cm. Des tranchées d'isolation 320, réalisant une isolation électrique et/ou mécanique suivant le type de MEMS, séparent en partie le MEMS 301 du reste de la couche active 308. La figure 9B représente une vue de dessus en coupe dans le plan de la couche diélectrique 306 de cette puce 300. La couche active 308 a par exemple une épaisseur comprise entre environ 1 μm et 1 mm.
Des tranchées 314, par exemples similaires aux tranchées 114 et 214 décrites précédemment, de découplage mécanique sont réalisées dans le MEMS 301. Une cavité 310, réalisée sous le MEMS 301, forme également une cavité de découplage mécanique de l'emplacement de connexion 302. De plus, des zones 309 de découplage mécanique, formant des zones poutres- ressorts sensiblement analogues aux zones 109 et 209, contribuent au découplage mécanique de l'emplacement de connexion 302. De façon avantageuse, les tranchées 314 peuvent être réalisées par gravure DRIE (gravure ionique réactive profonde) .
Une portion d'un matériau conducteur 312 est réalisée sur le MEMS 301 et est destinée à réaliser la reprise de contact du silicium et aussi à recevoir une première bille de connexion 316. L'emplacement découplé mécaniquement est donc ici formé par une partie du MEMS 301. Comme représenté sur la figure 9A, la puce 300 est connectée à un support 400 formé par une couche 404 par l'intermédiaire des billes de connexion 316 préalablement réalisées sur la puce 300 et/ou sur le support 400. Sur l'exemple de la figure 9A, des emplacements de connexion 402 recevant les billes de connexion 316 ne sont pas découplés mécaniquement contrairement à l'emplacement de connexion 302 formé dans la puce 300. Mais dans une variante de réalisation, ces emplacements de connexion 402 peuvent être découplés mécaniquement par au moins une tranchée et au moins une cavité formée dans la couche 404 du support 400, par exemple de manière similaire à la réalisation des tranchées et cavités formées dans la puce décrite précédemment. Sur la figure 9A, une seconde bille 316 est représentée, reliant la couche active 308 au support 400. Dans ce troisième mode de réalisation, on a un emplacement de connexion 303 réalisé sur le MEMS 301 qui n'est pas découplé mécaniquement. De manière générale, les emplacements de connexion peuvent être réalisés sur des parties « passives » de la couche, c'est-à-dire sur des parties ne comportant pas de dispositif actif, et/ou sur des parties actives comme par exemple le MEMS 301.
L'assemblage de la puce 300 sur le circuit imprimé 400, peut être similaire à celui décrit pour la puce 100. La cavité 310 et les tranchées 314 réalisent alors un découplage mécanique au sein de l'emplacement de connexion 302 de la puce 300 représentée sur les figures 8, 9A et 9B .
Comme pour les puces 100 et 200 décrites précédemment, les portions conductrices 312 peuvent également former, en plus de leur fonction de liaison mécanique, des plots de contact d'acheminement de signaux électriques. Il est également possible que les tranchées 314 et la cavité 310 soient remplies par un matériau ou un fluide assurant une fonction d'amortissement des contraintes subies au niveau de l'emplacement de connexion 302. Une résine peut également englober l'ensemble du composant formé par la puce 300 et le support 400. La puce 300 peut également être protégée par un capot hermétique, par exemple un capot pyrex avec scellement anodique, notamment lorsque l'on souhaite que la puce soit disposée dans un environnement sous vide.

Claims

REVENDICATIONS
1. Composant comportant au moins une puce (100, 200, 300) et/ou un support (400), la puce étant destinée à être reportée sur le support et reliée, au niveau d'au moins un emplacement de connexion (102, 202, 302) de la puce formé par au moins une portion (108, 208) d'une couche (104, 204, 308) de la puce, à au moins un emplacement de connexion (402) du support formé par au moins une portion d'une couche (404) du support, par au moins une bille (216, 316), la puce et/ou le support comprenant des moyens de découplage mécanique de l'emplacement de connexion (102, 202, 302, 402) de la puce et/ou du support par rapport à la puce et/ou au support, formés par au moins une cavité (110, 210, 310) enterrée et réalisée dans la couche (104, 204, 308, 404) de la puce et/ou du support, sous ledit emplacement de connexion (102, 202, 302, 402), et au moins une tranchée (114, 214, 314), réalisée dans ladite couche (104, 204, 308, 404), communiquant avec ladite cavité (110, 210, 310) et entourant en partie ladite portion (108, 208) de la couche (104, 204, 308, 404) tel qu'au moins une zone (109, 209, 309) de ladite couche relie ladite portion (108, 208) de la couche au reste de cette couche et étant à base d'au moins un matériau non métallique.
2. Composant selon la revendication 1, la tranchée (114, 214, 314) étant disposée en périphérie de l'emplacement de connexion (102, 202, 302) de la puce (100, 200, 300) et/ou de l'emplacement de connexion (402) du support (400) .
3. Composant selon l'une des revendications précédentes, la tranchée (114, 214, 314) faisant communiquer la cavité (110, 210, 310) avec une face (106, 206) de la couche (104, 204, 308, 404) de la puce et/ou du support.
4. Composant selon l'une des revendications précédentes, la portion (108, 208) de la couche (104, 204, 308) de la puce (100, 200, 300) et/ou la portion de la couche (404) du support (400) ayant une forme sensiblement polygonale ou une forme de disque dans un plan parallèle à un plan principal de la couche (104, 204, 308) de la puce et/ou de la couche (404) du support (400) .
5. Composant selon l'une des revendications précédentes, la tranchée (114, 214, 314) comportant, dans un plan parallèle à un plan principal de la couche (104, 204, 308) de la puce et/ou de la couche (404) du support (400), une forme choisie parmi un motif rectangulaire ou un motif d'arc de cercle.
6. Composant selon l'une des revendications précédentes, les moyens de découplage mécanique comportant au moins quatre tranchées (114, 214, 314) réalisées dans la couche (104, 204, 308) de la puce et/ou la couche (404) du support, faisant communiquer la cavité (110, 210, 310) avec une face (106, 206) de la couche (104, 204, 308) de la puce et/ou de la couche (404) du support.
7. Composant selon l'une des revendications précédentes, la tranchée comportant au moins un motif de peigne.
8. Composant selon l'une des revendications précédentes, les moyens de découplage mécanique comportant en outre au moins un matériau plastique et/ou visqueux disposé dans au moins une partie de la tranchée (114, 214, 314) et/ou de la cavité (110, 210, 310) .
9. Composant selon l'une des revendications précédentes, l'emplacement de connexion (102, 202, 302) de la puce (100, 200, 300) et/ou l'emplacement de connexion (402) du support (400) comportant au moins une portion (112, 212, 312) d'un matériau électriquement conducteur disposée sur la portion (108, 208, 302) de la couche (104, 204, 308, 404) de la puce et/ou du support.
10. Composant selon la revendication 9, la portion (112, 212, 312) de matériau conducteur formant un contact électrique entre au moins deux éléments du composant .
11. Composant selon l'une des revendications 9 ou 10, comportant en outre au moins une piste métallique réalisée sur la puce (100, 200, 300) et/ou le support (400) et reliée électriquement à la portion (112, 212, 312) de matériau conducteur.
12. Composant selon l'une des revendications 9 à 11, la portion (112, 212, 312) de matériau conducteur formant au moins une partie d'un contact électrique entre la puce (100, 200, 300) et le support (400) .
13. Composant selon l'une des revendications précédentes, la puce (100, 200, 300) comportant en outre au moins un dispositif de type MOS et/ou au moins un MEMS, et/ou au moins NEMS, et/ou au moins un MOEMS (301) .
14. Composant selon l'une des revendications précédentes, la puce (100, 200, 300) étant reliée électriquement au support (400) par l'intermédiaire de la bille (216, 316) .
15. Composant selon l'une des revendications précédentes, les moyens de découplage mécanique réalisant un filtrage mécanique entre la puce
(100, 200, 300) et le support (400) .
16. Composant selon l'une des revendications précédentes, la puce (100, 200, 300) étant réalisée à base d'un matériau dont le coefficient de dilatation thermique est différent de celui d'un matériau à partir duquel est réalisé le support (400) .
17. Composant selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre un matériau englobant la puce (100, 200, 300) et/ou le support (400) .
18. Composant selon l'une des revendications précédentes, le matériau non métallique de ladite zone (109, 209, 309) comportant du silicium et/ou de l'oxyde de silicium et/ou du nitrure de silicium.
19. Composant selon l'une des revendications précédentes, le matériau non métallique de ladite zone (109, 209, 309) comportant du silicium dopé dont la résistivité est inférieure à environ 1 Ohm . cm .
20. Procédé de réalisation d'un composant comportant au moins une puce (100, 200, 300) et/ou un support (400), la puce (100, 200, 300) étant destinée à être reportée sur le support (400) et reliée, au niveau d'au moins un emplacement de connexion (102, 202, 302) de la puce (100, 200, 300), à au moins un emplacement de connexion (402) du support (400) par au moins une bille (216, 316), comportant au moins les étapes de :
- réalisation d'au moins une tranchée (114, 214, 314) dans au moins une première couche (104, 204, 308, 404), communiquant avec au moins une partie d'une couche sacrificielle (203) disposée contre la première couche (104, 204, 308, 404) et entourant en partie une portion (108, 208) de la première couche (104, 204, 308, 404) tel qu'au moins une zone (109, 209, 309) de ladite couche relie ladite portion (108, 208) de la couche au reste de cette couche,
- suppression de la partie de la couche sacrificielle (203), formant au moins une cavité (110, 210, 310) enterrée et disposée sous au moins la portion (108, 208) de la première couche (104, 204, 308) correspondant à l'emplacement de connexion (102, 202, 302) de la puce (100, 200, 300) et/ou l'emplacement de connexion (402) du support (400), la tranchée (114, 214, 314), la cavité (110, 210, 310) et ladite zone (109, 209, 309) de la couche formant des moyens de découplage mécanique de l'emplacement de connexion (102, 202, 302) de la puce (100, 200, 300) et/ou de l'emplacement de connexion (402) du support (400) par rapport à la puce (100, 200, 300) et/ou au support (400), ladite zone (109, 209, 309) de la couche étant à base d'au moins un matériau non métallique.
21. Procédé selon la revendication 20, comportant en outre une étape de réalisation d'une portion (112, 212, 312) d'un matériau conducteur disposée sur la portion (108, 208, 302) de la première couche (104, 204, 308) .
22. Procédé selon l'une des revendication 20 ou 21, comportant en outre, entre l'étape de suppression de la partie de la couche sacrificielle (203) et une étape de report de la puce (100, 200, 300) sur le support (400), une étape de remplissage de la cavité (110, 210, 310) et/ou de la tranchée (114, 214, 314) par un matériau plastique et/ou visqueux.
23. Procédé selon l'une des revendications 20 à 22, comportant en outre, après une étape de report de la puce (100, 200, 300) sur le support (400), une étape de dépôt d'une résine d'enrobage sur le composant électronique .
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